[發明專利]基于等高線地圖的氣相離子遷移譜數據譜峰自動識別方法

有效

• 申請號: 202110704471.0
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113378755B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 王俊;鄭成宇
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

本發明公開了一種基于等高線地圖的氣相離子遷移譜數據譜峰自動識別方法，包括以下幾個步驟：數據預處理：進行氣相離子遷移譜數據有效區域保留，并進行平滑降噪和基線校正處理；繪制等高線地形圖，同時保存所有譜峰的等高線坐標數據，并進行各譜峰中心點坐標的計算；基于等高線坐標數據，在預處理后的氣相離子遷移譜數據中進行譜峰的特征提取；輸入所有待測樣本譜峰定位的坐標結果，通過差值對比，將位置存在小范圍波動的譜峰進行譜峰整合，并通過計算平均值重新確定譜峰位置。本發明能夠提取出GC?IMS譜峰的中心坐標、強度和體積等有效特征信息，并能夠將不同待測樣本譜峰識別的結果進行整合，以解決現有GC?IMS數據處理方法主觀性強、計算量大等問題。

技術領域

本發明涉及氣相離子遷移譜分析技術領域，尤其是涉及了一種基于等高線地圖的氣相離子遷移譜(Gas Chromatography-Ion Mobility Spectroscopy, GC-IMS)數據譜峰自動識別方法。

背景技術

氣相離子遷移譜技術作為一種新興的揮發性有機化合物分析工具，具有靈敏度高（ppb_v級）、選擇性好和效率高等特點，近些年在食品風味分析、環境氣體監測等領域得到了廣泛應用。然而，在采集的氣相離子遷移譜數據中，氣相色譜的保留時間（Retention time）和離子遷移譜的漂移時間（Drift time）及與之對應的信號強度構成了復雜的三維空間數據。現有氣相離子遷移譜數據處理方法主要為以下兩種，其中一種為借助儀器配套軟件通過人為觀察手動選取標記點，此過程費時費力且主觀性較強；另一種為直接利用全部指紋圖譜數據進行分析，然而全譜數據量大且摻雜大量冗余信息，不利于后續模式識別分析。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明目的在于提出了一種基于等高線地圖的氣相離子遷移譜數據譜峰自動識別方法，該方法能夠提取出譜峰的坐標、強度和體積等有效特征信息，以解決現有數據處理方法主觀性強、計算量大等問題。

一種基于等高線地圖的氣相離子遷移譜數據譜峰自動識別方法，包括以下步驟：（1）數據預處理：進行氣相離子遷移譜數據有效區域保留，并進行平滑降噪和基線校正處理；

（2）譜峰定位：基于預處理后的氣相離子遷移譜數據，繪制等高線地形圖，同時保存所有譜峰的等高線坐標數據，并進行各譜峰中心點坐標的計算；基于等高線坐標數據，在預處理后的氣相離子遷移譜數據中進行譜峰的特征提取；

（3）譜峰整合：輸入所有待測樣本譜峰定位的坐標結果，通過差值對比，將位置存在小范圍波動的譜峰進行譜峰整合，并通過計算平均值重新確定譜峰位置。

所述的譜峰中心點坐標的計算包括如下過程：分別提取所有等高線中沿遷移時間、保留時間各自的最大值（、）和最小值（、），各譜峰中心點的坐標表示為（，）。

所述的譜峰的特征提取包括如下過程：首先，在預處理后的GC-IMS指紋圖譜數據中，讀取各譜峰中心點位置信號的強度值，記為峰強度特征；其次，在保留時間與遷移時間坐標最大值與最小值圍成的矩形區域內，累加所有信號強度大于等高線閾值的信號值，結果記為峰體積特征，若譜峰未在圖譜中出現，以上兩種特征均記作0。

所述的譜峰整合包括如下過程：將每個待測樣本定位得到的譜峰中心點坐標，按照先保留時間后遷移時間的順序從小到大排列輸入一個數據集；從頭開始依次計算第n和第n+1個坐標數據差值，若差值同時小于保留時間和遷移時間設定的閾值，則順序讀取所有坐標數據；若任意一個差值大于設定閾值，停止讀取并對第n個及其之前的所有坐標數據求平均值，同時記為整合后的譜峰位置；自第n+1個坐標數據開始，繼續并循環以上兩個步驟，直至所有譜峰整合完畢。

本發明具有的有益效果：

能夠對GC-IMS數據譜峰進行自動識別定位，同時提取譜峰的峰強度、峰體積特征，無需進行手動挑選和處理且大幅度降低數據運算量。能夠將不同待測樣本識別到的譜峰進行整合，以消除分析儀器產生的系統誤差。

附圖說明